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八、水蓄冷与冰蓄冷的比拟一. 水蓄冷与冰蓄冷比拟将水蓄冷与冰蓄冷进展比拟，这二种蓄冷方式的最大不同就是水蓄冷是利用水的温度变化〔显热变化〕进展蓄冷，而冰蓄冷利用水的相态变化〔相变所需的潜热〕进展蓄冷。
因此，冰、水蓄冷系统在以下方面发生了变化。
〔1〕蓄冷系统制冷机的容量为0.6～0.65从冰蓄冷简介中知道：冰蓄冷制冷机组蓄冷工况下的制冷能力系数Cf〔制冰温度为-6℃时〕，其制冷能力比制冷机组在空调工况低了0.4～0.35，也就是说冰蓄冷在希望利用蓄冷系统减少制冷机组容量的愿望很难实现。
而水蓄冷就不存在这一问题。
〔2〕蓄冷装置的蓄冷密度从冰蓄冷与水蓄冷的简介中知道：冰蓄冷槽的蓄冷密度为〔40～50kW /m3〕，蓄冷水池的蓄冷密度为〔7～11.6kW /m3〕。
冰蓄冷槽的蓄冷密度是蓄冷水池蓄冷密度的5倍左右。
这里要说明一下，就是关于水蓄冷与冰蓄冷的占地问题。
通常在人们的心目中，一说起水蓄冷，就有水池容积大，要占用大块地方。
其实这是一种错觉。
产生这一错觉的原因是：以为冰蓄冷利用的是水的潜热，而物态变化的热潜热是比拟大的〔往往人们对凝固热不太熟悉，又经常与汽化热来衡量〕，认为蓄冰槽冰的容积比例可为1，因此，远远夸张了蓄冰槽蓄冷密度。
而实际上蓄冰槽的蓄冷密度仅是蓄冷水池蓄冷密度的5倍左右，以目前使用最多的冰盘管为例，冰蓄冷槽需要安装在室，并要求有一定的安装距离。
我们曾对某一冰蓄冷系统与水蓄冷系统进展比拟，如果将蓄冰槽安装的场地全部空间改为蓄冷水池，再加上该建筑物的消防水池，二者的蓄冷能力近乎相当。
〔3〕蓄冷装置的兼容性水蓄冷系统的蓄冷水池冬季可作为蓄热水池使用，这一点对于热泵运行的制冷系统是特别有用的。
而冰蓄冷系统蓄冰槽那么没有此功能。
〔4〕蓄冷系统的建立投资冰蓄冷与水蓄冷相比，一般来说，水蓄冷系统根本建立投资不高于常规空调系统，而冰蓄冷系统根本建立投资比常规空调系统高出20％以上。
冰蓄冷的缺点：冰蓄冷的用电量高于常规空调20％左右，水蓄冷那么可节省制冷用电10％左右。
蓄冰系统----间接接触式
完全冻结式冰盘管
(FAFCO)
蓄冰系统----间接接触式----冰盘管
蓄冰系统----间接接触式----塑料冰盘管
蓄冰系统----间接接触式特点----冰盘管
闭式循环回路
U型盘管可做非标设计，适应不同的安装空间
可制成整装式蓄冰制冷机组---安装方便，适合用于小型项目-----Ice Cell
大型系统可安装气动搅拌系统，融冰利用率可达100%。
主机下游系统，出口温度可根据设计要求设定。
盘管进口温度高，可利用一部分显热能。
注: Fafco and Ice Cel -较少的工程应用经验，性能未被EPRI验证。
中国从70年代起，在体育馆建筑中多处采用水蓄冷空调系统。
在90年代初，开始建造、并投入运行的冰蓄冷空调系统以来，截止到2001年，已建成和正在建的水蓄冷和冰蓄冷空调系统共计183项，取得了初步成效，在某些方面具有自己特点和经验，还有几十项正在洽谈中。
中国在90年代初，建造和投入运行的蓄冷空调系统有下列四例：（1）深圳电子科技大厦，建筑面积6.5万m2，设计冷负荷3,200RT，蓄冷量8,750RTH，采用法国Cristopia冰球，CIAT单螺杆冷水机组，1993年5月投入运行。
（2）北京日报社，建筑面积1.52万m2，综合办公楼，设计冷负荷560RT，蓄冷量1,280RTH，采用北京西冷工程公司的"有压罐式齿球蓄冷器"，卧式蓄冷罐φ2,400×6,000三台，1993年6月投入运行。
（3）广东清远市新北江制药有限公司，工艺用冷，发酵所产生的热量由10℃的冷水吸收。
正常生产时，耗冷496RT，利用低谷电蓄存冷水，贮水槽容积1,083m3，占地110 m2，蓄冷密度达6.09RT/m3，蓄(调荷)冷量达6,600RTH，1992年5月投入运行。
（徐威高工设计）（4）广州黄埔区红山街供电承装公司二层办公楼，建筑面积210m2，北京西冷冰球，小系统进行蓄冷运行。
1995年建成和投入运行的项目：（1）广东东莞生化药厂，水蓄冷系统，空调用冷，贮水槽750m3，蓄冷密度3.3 RT/m3（10,000大卡/m3），蓄冷量达247RTH，1995年4月投入运行。
（徐威高工设计）（2）北京京信大厦，水蓄冷系统，利用原有有效容积998m3消防水池兼作蓄冷池，蓄冷密度1.59 RT/m3，蓄冷量为1,587RTH，减少了一台原打算增添的60万大卡/时的冷水机组。
（清华设计）（3）烟台大酒店，改建成水蓄冷式中央空调系统，水泥蓄冷水池400m3（消防水池），冷水温度4-6℃。
（华源总承包）（4）浙江肖山城乡镇政府大楼，建筑面积5,000m2，办公楼，设计冷负荷165RT，蓄冷量为433RTH，采用CIAT冰球，立式蓄冷罐26m3。
第一节应用概念一、冰蓄冷空调“冰蓄冷空调”一词大家都一目了解，英文为‘ICE STORAGE’，日文为[冰蓄热]，狭义的定义为[制冰蓄冷]的冷气系统。
早期称谓[COOL STORAGE （蓄冷）]，此包含了[制冷水蓄冷]的冷气系统。
但在寒带国家降了[蓄冷]外，还要[蓄热]，因此，广义的用语为[THERMAL （ENERGY）STORAGE AIR CONDITIONING SYSTEM （缩写为TES）]，可译为[蓄能式空调系统]。
对于南方地区仅有夏季（冷气）电力过载的困扰，仅需[蓄冰空调]。
二、关于蓄冷系统的计量在常规的空调系统设计时，冷负荷是按照计算出建筑物所需要的多少“冷吨”、“千瓦”、“大卡/时”来计量，但是蓄冰系统是用“冷吨·小时”、“千瓦·小时”、“大卡”来计量。
图1-1代表100冷吨维持10小时冷却的一个理论上的冷负荷，也就是一个1000“冷吨·小时”的冷负荷。
图上100个方格中的每一格是代表10“冷吨·小时”。
事实上，建筑物的空调系统在全日的制冷周期中是不可能都以100%的容量运行的。
空调负荷的高峰出现多数是在下午2：00--4：00之间，此时室外环境温度最高。
图1-2代表了一幢典型大楼空调系统一个设计工作日中的负荷曲线。
如图可知，100冷吨冷水机组的全部制冷能力在10个小时的“制冷周期”中只有2个小时，在其它8个小时中，冷水机组只在“部分负荷”里操作，如果你数一数小方格的话，你会得到总数为75个方格，每一格代表10“冷吨·小时”，所以此建筑物的实际冷负荷为750“冷吨·小时”，但是常规的空调系统必须选用100冷吨的冷水机组来应付100冷吨的“峰值冷负荷”。
三、冷水机组的“参差率”定义的“参差率”为实际“冷负荷”与“冷水机组的总制冷潜力”之比，即：参差率（%）=（实际冷吨·小时数/总的冷吨·小时潜力）*100%=750/1000*100因此该冷水机组的“参差率”为75%，也就是冷水机组能提供1000“冷吨·小时”，而空调系统只要用750“冷吨·小时”。
1、蓄冷空调原理蓄冷中央空调系统是一种通过蓄能来节约空调系统运行费用的技术，其基本工作原理是：建筑物空调时间所需冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冷介质的显热或其相变过程的潜热迁移等特性，将能量以低温状态蓄存起来，然后根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。
当空调使用时间与非空调时间和电网高峰和低谷同步时，就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用。
在一般工程中，空调系统用电量占总耗电量的35%--65%，而制冷主机的电耗在空调系统中又占65%--75%。
在常规空调设计中，冷冰主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配，这不仅使空调系统的电力容量增大，而且使得主机等空调设备在绝大部分情况下均处于低效率的部分负荷状态运行，显得很不经济。
蓄冷中央空调从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置，其它各部分在结构上与常规空调相同，它在使用范围方面也与常规空调基本一致。
2、蓄冷中央空调的意义随着社会的发展，中央空调在大中城市的普及率日渐增高。
据统计，空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%，加大了电网的峰谷用电差。
蓄冷中央空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视，正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧最有效的电能蓄存方法，蓄冷对于用户还有以下的一些突出优点：1）空调的出水温度低、制冷效果好，低温送风系统节省投资和能耗。
2）空调环境相对湿度较低，空调品质提高，有利于防止中央空调综合症。
3）利用峰谷荷电价差，平衡电网负荷。
减少空调年运行费。
4）减少冷水机组容量，降低一次性投资。
5）在主机出现故障或断电的情况下，蓄冷系统相当于应急冷源，系统可靠性高。
6）当建筑物功能变化或面积增加引起冷负荷增加时，只要增加蓄冷装置的蓄冷量，即可满足大楼新增冷量需要。
3、蓄冷发展史第一代：冰球蓄冷第二代：冰盘管蓄冷第三代：动态冰蓄冷――――――――――――――――――――――――――――――――在没有实行集中供热前，冬天时家家户户烧火取暖，这种原始的用能方式既浪费能源，又污染环境。
在中国运用的蓄冰系统情况法国西亚特公司的STL蓄冰系统美国BAC公司的钢盘管蓄冰系统美国的高灵桶蓄冰系统杭州华源公司的蕊心冰球系统清华同方的钢盘管蓄冰系统一．BAC冰盘管：盘管为钢制连续卷焊而成，外径为26.27mm，外表为热镀锌，可制成非标，或用于混凝土结构其缺点为：1、由于管壁较薄，不耐腐蚀，需采用经特殊处理的乙二醇冷媒（价格很高）2、盘管一旦发生泄漏，很难检测，难以维修3、水阻大、放冷慢。
设计寿命为20年。
二．高灵冰桶：盘管为聚乙烯材料，外径为16mm，盘管在冰桶内螺旋盘绕。
为标准产品，其缺点是：1、盘管的单路长度很长，流通阻力很大。
2、一旦发生泄漏，无法检修，整只冰桶报废。
3、放冷慢，设计寿命低于20年。
三．FAFCO盘管：盘管为耐高低温的聚烯烃石蜡脂，外管径为6.35mm，产品有标准和非标准系统，其缺点为：1、管内径很细，容易堵塞。
2、一旦发生泄漏，较难检修。
3、应急放冷慢，设计寿命低于20年。
四．蕊心冰球：外壳由聚乙烯材制成，直径130mm长240mm，表面有摺皱，冰球内部有直径2mm的铝合金翅片管，由于内芯不易结冰时金属管起到冷桥作用。
其缺点是：1、金属蕊心与PE塑料外壳的结合处难以密封。
2、摺皱用于结冰时伸缩时间长易产生应力集中、疲劳、老化、破裂。
3、单只冰球体积大，蓄冰效率低。
4、不承压不适合闭式系统。
五．STL的技术来源STL为法语潜热储能系统的缩写，是法国西亚公司的专利产品。
自1982年第一套STL系统在法国投入运行以来，20多年间全球已有5000个工程实例，总蓄冰量超过5000000KW/h。
1993年5月深圳中电大厦在国内第一个使用该技术并获得成功。
其后STL在中国得到迅速推广。
STL应用在：空气调节、工艺流程、区域供冷、电厂发电机冷却、冷藏链等领域。
法国CIAT公司STL冰球，外壳为高密度的聚烯烃，内为PCM（相变物质—储冷液）单位蓄冷量为5万大卡/m3。
特点为：1、生产和应用已有20年的经验，质量稳定。
…making fluid energy work for you…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company1About FEDCOExperienced & Successful• Founded in 1997 • First products placed in service in 2000 • 800+ units installed worldwide • 30-50% annual growth • Originator of turbocharger technology for RO systems • Developed integrated feed pump-ERT for BWRO • Numerous patents and patent applications on ERD technology • Industry-leading manufacturing software developed in-house…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company2FEDCO ProductsMSS Series HP Pump • 7-250m3/hr capacity in ten (10) models• Pressures to 83 bar • Multistage, horizontal, barrel type • Flanged construction, one piece shaft for durability • WATER BEARING Integral thrust bearing • Materials for SWRO serviceHydraulic Pressure Booster(HPB) Energy Recovery Turbine• 10 – 500m3/hr • up to 1,000 m3/hr with custom-engineered units • Pressures to 83 bar • Constructed in Duplex SS 2205 • Integral brine control valve; No external tubing • No auxiliary equipment or instrumentation required • Lowest life cycle cost of any Energy Recovery Device…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company3FEDCO ProductsSWRO HEMIHydraulic Energy Management Integration For Seawater RO Systems Integrated HPB+Motor assist• Provides precise membrane pressure and recoverycontrol regardless of feed or membrane conditions. • Eliminates all feed throttling AND large VFDs • permits use of centralized feed pump schemes • Perfect for systems with large feed pressure swingsMost energy efficient solution for Mega scale SWRO…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company4SWRO HEMICentralized Feed Pump - Individual Train Control2/3 medium pressure feed pumps for entire plant Multiple trains under individual pressure/ recovery control Dynamic addition and removal of trains Simple and reliable control scheme at the train level…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company5FEDCO ProductsBWRO HEMI(Hydraulic Energy Management Integration) Modular Feed Pumps• Combine multiple pumps applications into a single unit• Exclusive WATER BEARING™ to handle pump thrust • Inline pump connections for easy low-cost installation • Horizontal or Vertical InstallationModular Recovery Turbine - the ultimate in BWRO efficiency• Add brine energy recovery turbine module to the modular pump• No additional baseplate, very compact size, vertical or horizontal configuration • Lowest cost, most cost effective ERD for Brackish/Pure water RO • Horizontal or Vertical Installation…making fluid energy work for you 6copyright © Fluid Equipment Development CompanyFEDCO Markets and ApplicationsHPB’s in power plantHOTELS/RESORTS• FEDCO pumps run quiet compared to reciprocating pumps.• No special training is required. • Pump and HPB bearings are water lubricated. No grease or oil.INDUSTRIAL PROCESSING• Simplicity of operation is key to reliability • No extra instrumentation or valves • HPB units can be overhauled in 15 minutesMSP pump & HPB on a shipMARINE/OFFSHORE• Extremely compact HPB + Pump package size • Push the system start button and walk away • Low weight for greater cargo capacityMSP Pump & HPB for militaryCONTAINERIZED/PORTABLE • Ease of operation requires no specialized operation training• HPB and Pump package is so small, you barely know it’s there…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company7Types of RO Feed PumpsCentrifugal• multistage • from 30 to 10,000+ gpm • driven by electric motor, diesel or gas/steam turbinePositive Displacement• “plunger” or “power” type • triplex or quintuplex • constant flow (no throttling) • driven by electric motor or diesel engineFeatures• low capital cost • good reliability • moderate to high efficiencyFeatures• high capital cost • high maintenance • high efficiency • auxiliary equipment required • usually for less than 100 gpm feedTurbine symbol Suction stabilizer PD pump Relief valve Pulsation dampener8The FEDCO MSS pump line is multistage centrifugal type.…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development CompanyMSS Pump FeaturesOptional high inlet pressure design (900 psig) 316 SS coupling Shaft seal operates at low pressure No coupling alignment required No shims used for impeller spacing Handles entire axial thrust - no load on motor bearings Bearing cooled by the pumpage - not sensitive to ambient temperature Never needs lubrication 316 SS Motor base Victaulic pipe joints Pump shaft is in tension no potential for “buckling” 316L SS stages (electropolished and passivated) Integral coupling guard (anodized aluminum alloy) Inlet connection rotatable in 90 deg. increments Standard material Flanges for is Duplex SS 2205 easy internal 316 SS support access bracket & footOne-piece shaftPatented WATER BEARING™ technologycopyright © Fluid Equipment Development Company…making fluid energy work for you9WATER BEARING™ Technology Key to Reliable Pump OperationImpeller Impeller thrust force Shaft axial thrust ShaftAxial thrust loads in a multistage pumps• up to 5,000+ lbs even in low capacity pumps • more stages = more thrust • higher RPM = more thrust • only present when pump is operatingThrust carried by motor bearing• reduces motor bearings life • low pressure pumps • cheap, low cost pumpsThrust carried by external bearing• creates maintenance • ambient temperature limits • medium pressure pumpsThrust carried by WATER BEARING ™• zero maintenance • medium/high pressure pumps • premium quality pumps • available only from FEDCO…making fluid energy work for youcopyright © Fluid Equipment Development Company101500ERDs recover hydraulic energy in the brine stream TurbochargerThe HPB is installed between the HP pump and the feed inlet to the membrane. The HPB produces up to 50% of the membrane pressure requirement,reducing the size and energy requirement of the HP feed pump and starter.HPB brine controlP=2 bar Q=120m3/hP=40 barP=0.5 barFeedReduced size:Feed pump1st stageControl valveFeedHP Feed pumpHPB brine control2nd Pass RepressurizationFeed pump1st passDESIGN CONSISTANCY •HPBs are in production since 2000•All HPBs are geometrically similar-Same flow paths-Same hydraulic design criteria-Same stress levels-Same specific speeds on feed and brine impellers •Same materialsSame design -proven in 500+ installationsHigh pressureVictaulic pipe jointsTo increaseReliability that You Can TrustThree (3)YearWarrantyFor the HPBLongest Warranty in the Industry1500HPB recovery turbine *+=low capital costhigh reliabilityhigh efficiencyeasy operationno scheduled maintenanceMSS feed pump *Feed Pumps andRecovery Turbines=Lowest cost permeate* Subject to US and foreign patents and patent applicationsFeed In The HEMI integrates MULTIPLE pump and ERD functionsinto a Single PackageFeed Out Brine InBrine OutFeed Pump module RecoveryTurbinemodule (optional)Motor(optional)VFDInterstage boost module (optional)The HEMI integrates the high pressure feed pump, recovery turbine and Interstage Booster Pump (optional) into a Singe & International patent applied.OutMotorMembranesAFFORDABLEBrine Energy Recovery System for Brackish/Pure Water RO1st stagePower Module, the HEMI provides:Perfect control of interstage pressure boost by simple control signalEnergy RecoveryModuleFeed PumpModule1st stageA special adaptation of the HPB brings the HEMI concept to high(Work Exchangers and Pelton Turbines)。
（1）一、空调蓄冰电能难于储存，单靠供电机构本身的设备难以达到"削峰填谷"的目标，无法尽量在电力低谷期间使用电力；当然，有些电力公司由于电网调峰能力不足，建设抽水蓄能电站进行调峰，但其初投资高、运行费用大，难以推广。
因此，大多数国家的供电机构都采用各种行政和经济手段，迫使用户各自将用电高峰削平，并尽量将用电时间转移到夜间，蓄冷系统就是在这种情况下发展起来的。
蓄冷系统就是在不需冷量或需冷量少的时间（如夜间），利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，进行蓄冷，然后将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。
蓄冷介质可以是水、冰或共晶盐。
因此，蓄冷系统的特点是：转移制冷设备的运行时间；这样，一方面可以利用夜间的廉价电，另一方面也就减少了白天的峰值电负荷，达到电力移峰填谷的目的。
空调系统是现代公用建筑与商业用房不可缺少的设施，其耗电量很大，而且基本处于电负荷峰值期。
例如，饭店和办公楼每平米建筑面积的空调峰值耗电量约40～60瓦；以北京为例，目前，公用与商用建筑的空调用电负荷约为60万千瓦，约为高峰电负荷的16%，因此，空调负荷具有很大的削峰填谷潜力。
二、全负荷蓄冷与部分负荷蓄冷除某些工业空调系统以外，商用建筑空调和一般工业建筑用空调均非全日空调，通常空调系统每天只需运行10～14小时，而且几乎均在非满负荷下工作。
图1-1中的A部分为某建筑典型设计日空调冷负荷图。
如果不采用蓄冷，制冷机组的制冷量应满足瞬时最大负荷的需要，即qmax 为应选制冷机组的容量。
蓄冷系统的设计思想通常有二种，即：全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。
1. 全负荷蓄冷全负荷蓄冷或称负荷转移，其策略是将电高峰期的冷负荷全部转移到电力低谷期。
如图1-1，全天所需冷量A均由用电低谷或平峰时间所蓄存的冷量供给；即蓄冷量B+C等于A，在用电高峰时间制冷机不运行。
这样，全负荷蓄冷系统需设置较大的制冷机和蓄冷装置。
虽然，运行费用低，但设备投资高、蓄冷装置占地面积大，除峰值需冷量大且用冷时间短的建筑以外，一般不宜采用。
